СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЗОВ ИЗ ИЗОЛЯЦИОННОЙ ЖИДКОСТИ, РЕАЛИЗУЮЩЕЕ ЕГО УСТРОЙСТВО И МАШИНОЧИТАЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ Российский патент 2023 года по МПК B01D19/00 

Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу извлечения газов из изоляционной жидкости, такой как трансформаторное масло, а также к устройству для извлечения газов из изоляционной жидкости и к машиночитаемому носителю с программой, позволяющей реализовать указанный способ.

Уровень техники

Извлечение газов из изоляционной жидкости может осуществляться различными способами.

Так, в патенте США № 3992155 (опубл. 16.11.1976) описан способ, в котором трансформаторное масло при прокачке через камеру дегазации проходит через слой наполнителя, увеличивающий площадь выделения газов, и откачивается из пространства над этим слоем в тракт определителя газов. В этом патенте описано также устройство для выделения газов, содержащее камеру дегазации трансформаторного масла с упомянутым слоем наполнителя, включённую в замкнутую петлю с маслонаполненным трансформатором, которая снабжена масляным насосом, нагревателем и управляемыми клапанами.

В патенте РФ № 2204127 (опубл. 10.05.2003) предложен способ измерения концентрации газов, растворённых в трансформаторном масле. В этом способе десорбцию растворённых газов из пробы масла осуществляют путем барботирования через масло газа-носителя гелия с постоянным расходом, обеспечивающим полную десорбцию растворённых газов за время анализа. Из десорбированного газа поглощают пары воды с помощью сорбционно-кулонометрического осушителя.

Патент США № 5400641 (опубл. 28.05.1998) раскрывает систему для выделения газов из трансформаторного масла, в которой реализуется соответствующий способ и которая содержит камеру для извлечения газов, включённую в замкнутую петлю с маслонаполненным трансформатором и имеющую датчик уровня для поддержания масла на определённом уровне, обеспечивающем формирование полости для выделения газа, откачиваемого вакуумным насосом в газоанализатор.

В заявке Китая № 111781034 (опубл. 16.10.2020) охарактеризован способ выделения газа и соответствующее устройство, которые можно считать ближайшими аналогами для заявленного изобретения. В этом способе наполняют маслом газосборную коробку, имеющую датчик уровня жидкости и встроенную в петлю от маслонаполненного оборудования с управляемыми клапанами и масляным насосом. Выделяющиеся газы собирают в ёмкость для хранения газов, отделённую от газосборной коробки управляемым клапаном, чтобы потом направить эти газы на анализ. Устройство по заявке Китая № 111781034 снабжено контроллером, который управляет работой этого устройства.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на расширение арсенала технических средств. Для решения этой задачи в первом объекте настоящего изобретения предложен способ извлечения газов из изоляционной жидкости, находящейся в маслонаполненном оборудовании, в котором: полностью заполняют резервуар изоляционной жидкостью путём её прокачки из маслонаполненного оборудования; по завершении прокачки и заполнении резервуара откачивают часть изоляционной жидкости из резервуара для формирования в нём газосборной полости; интенсифицируют выделение газов из оставшейся изоляционной жидкости в сформированную газосборную полость; при достижении заданной величины скорости выделения газов в газосборной полости сигнализируют о готовности к перекачиванию выделенных газов в измерительное средство.

Особенность способа по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что по заполнении резервуара могут нагревать изоляционную жидкость до заданной температуры.

Другая особенность способа по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что перед перекачиванием выделенных газов в измерительное средство могут добавлять к ним газ-носитель.

Ещё одна особенность способа по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что перекачивание в измерительное средство могут осуществлять путём заполнения резервуара изоляционной жидкостью.

Для решения той же задачи во втором объекте настоящего изобретения предложено устройство для извлечения газов из изоляционной жидкости, находящейся в маслонаполненном оборудовании, содержащее: резервуар заданного объёма, состыкованный маслопроводом с маслонаполненным оборудованием для формирования замкнутой петли и снабжённый в газосборной полости датчиком давления газов; масляный насос, установленный в маслопроводе для обеспечения циркуляции изоляционной жидкости через резервуар; управляемый клапан, установленный на выходе маслопровода в резервуар и соединённый своим первым выходом со входом в резервуар, причём другой выход управляемого клапана выполнен с возможностью подключения к измерительному средству, предназначенному для измерения концентрации выделенных газов; отсечной клапан, соединяющий выход из резервуара с маслопроводом; перемешивающее средство, предназначенное для интенсификации перемешивания изоляционной жидкости в резервуаре; управляющее средство, выполненное с возможностью воспринимать сигналы от датчика давления газов и от аналогичного датчика в измерительном средстве и управлять работой управляемого клапана, отсечного клапана, масляного насоса и перемешивающего средства для реализации действий способа по первому объекту настоящего изобретения.

Особенность устройства по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что оно может дополнительно содержать: нагреватель, предназначенный для нагрева изоляционной жидкости в резервуаре; датчик температуры изоляционной жидкости; при этом управляющее средство выполнено с дополнительной возможностью воспринимать сигналы от датчика температуры изоляционной жидкости и управлять работой нагревателя для реализации соответствующих действий способа по первому объекту настоящего изобретения.

Другая особенность устройства по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что перемешивающее средство может быть выполнено в виде магнитной мешалки, привод которой установлен под днищем резервуара, а якорь размещён внутри этого резервуара.

Ещё одна особенность устройства по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что управляемый клапан может быть снабжён дополнительным входом, предназначенным для подсоединения к источнику газа-носителя, при этом управляющее средство выполнено с дополнительной возможностью реализации соответствующих действий способа по первому объекту настоящему изобретения.

Наконец, ещё одна особенность устройства по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что управляющее средство может быть выполнено с дополнительной возможностью реализации действий способа по первому объекту настоящего изобретения в случае перекачивания выделенных газов в измерительное средство путём заполнения резервуара изоляционной жидкостью.

Для решения той же задачи в третьем объекте настоящего изобретения предложен машиночитаемый носитель для непосредственного использования в управляющем средстве устройства по второму объекту настоящего изобретения с записанной на нём программой, которая при её исполнении обеспечивает выполнение действий способа по первому объекту настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами.

На Фиг. 1 представлена условная схема устройства по второму объекту настоящего изобретения.

На Фиг. 2 приведена блок-схема алгоритма способа по первому объекту настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

Способ по первому объекту настоящего изобретения может быть реализован в устройстве по второму объекту настоящего изобретения, которое может быть выполнено, как показано на Фиг. 1.

На этом чертеже ссылочная позиция 1 обозначает маслонаполненное оборудование, к примеру, силовой трансформатор, в бак которого залито трансформаторное масло в качестве изоляционной жидкости. Специалистам понятно, что в качестве маслонаполненного оборудования могут использоваться и иные устройства, к примеру, шунтирующий реактор, автотрансформатор. В качестве изоляционных жидкостей могут применяться как минеральные масла, так и различные синтетические изоляционные жидкости [см., например, на сайте об электроэнергетике https://leg.co.ua/arhiv/raznoe-arhiv/tehnika-vysokih-napryazheniy/Page-23.html]. К маслонаполненному оборудованию 1 присоединены маслопроводы 2 и 3, предназначенные для формирования замкнутой петли к резервуару 4, являющемуся основой устройства по второму объекту настоящего изобретения. На выходе из маслопровода 2 установлен управляемый клапан 5, первый выход которого соединён с резервуаром 4, а второй выход выполнен с возможностью подключения к измерительному средству 6, предназначенному для измерения концентрации выделенных газов. Следует отметить, что измерительное средство 6 не входит в объём притязаний по настоящему изобретению и может иметь любое выполнение, как известное специалистам, так и возможно разрабатываемое в будущем. В частности, это может быть измерительная кювета, пример которой раскрыт в патенте РФ № 173565 (опубл. 30.08.2017), либо хроматографическая установка (см., например, на сайте https://www.ngpedia.ru/id549798p1.html).

Маслопровод 3 соединён с резервуаром 4 через отсечной клапан 7. В маслопроводе (предпочтительно, в маслопроводе 3) установлен масляный насос 8, предназначенный для обеспечения циркуляции изоляционной жидкости через резервуар 4.

Резервуар 4 имеет объём, заданный технологическими особенностями способа по первому объекту настоящего изобретения, и может быть выполнен из любого подходящего материала - металла или пластика. Предпочтительно, внутренняя поверхность резервуара 4 выполнена из материала с низкой смачиваемостью используемой изоляционной жидкостью, либо покрыта слоем такого материала. Резервуар 4 может быть снабжён смотровым окном для визуального контроля уровня жидкости, однако вместо этого окна или вместе с ним в резервуаре 4 может быть установлен датчик 9 уровня любой конструкции, обеспечивающий выдачу сигнала на описанное ниже управляющее средство 19.

В верхней части резервуара 4, представляющей собой газосборную полость 10, размещён датчик 11 давления газов. Следует отметить, что в измерительном средстве 6 имеется аналогичный по назначению датчик 12 давления газов, обеспечивающий выдачу сигнала на описанное ниже управляющее средство 19.

В нижней части резервуара 4 размещено перемешивающее средство 13, предназначенное для интенсификации перемешивания изоляционной жидкости в резервуаре 4. Это средство может быть выполнено в виде магнитной мешалки, привод 14 которой установлен под днищем резервуара 4, а якорь 15 размещён внутри этого резервуара 4. Выполнение такой магнитной мешалки известно специалистам, к примеру, из патента РФ № 75044 (опубл. 20.07.2008). перемешивающее средство 13 может иметь и иное выполнение, например, для интенсификации выделения газов можно применять ультразвук, разбрызгивание, струйный поток, переливание и другие методы. В нижней части резервуара 4 может быть также размещён нагреватель 16 для нагрева изоляционной жидкости в резервуаре 4 и датчик 17 температуры изоляционной жидкости, обеспечивающий выдачу сигнала на описанное ниже управляющее средство 19.

Ссылочной позицией 18 обозначен источник газа-носителя, в качестве которого может быть использован, например, баллон с гелием, аргоном и т.п. Выход баллона 18 соединён с дополнительным входом управляемого клапана 5.

Устройство по второму объекту настоящего изобретения содержит управляющее средство 19, например, компьютер, процессор, контроллер и т.п. Это управляющее средство 19 выполнено с возможностью воспринимать сигналы от датчика 11 давления газов и от аналогичного датчика 12 в измерительном средстве 6, а также опционально от датчика 9 уровня и датчика 17 температуры (при наличии одного из них или их обоих), и с возможностью управлять работой управляемого клапана 5, отсечного клапана 7, масляного насоса 8 и перемешивающего средства 13 (привода 14), а также нагревателя 16 (при его наличии) для реализации действий способа по первому объекту настоящего изобретения. Для этого в управляющем средстве 19 соответственно запрограммирована его память либо используется машиночитаемый носитель (не показано) по третьему объекту настоящего изобретения с записанной на нём программой, которая при её исполнении обеспечивает выполнение действий упомянутого способа.

Способ по первому объекту настоящего изобретения реализуется в устройстве по Фиг. 1 следующим образом (Фиг. 2).

Вначале управляемый клапан 5 и отсечной клапан 7 открыты по сигналу с управляющего средства 19, формируя замкнутую петлю из маслонаполненного оборудования 1 из резервуара 4, а масляный насос 8 включён в прямой режим. Изоляционная жидкость из маслонаполненного оборудования 1 прокачивается по маслопроводам 2 и 3 через резервуар 4, заполняя его полностью. Предпочтительно, чтобы до начала измерений через резервуар 4 был прокачан объём изоляционной жидкости, равный как минимум 10 объёмам маслопровода 2 от маслонаполненного оборудования 1 до управляемого клапана 5. На Фиг. 2 это действие обозначено ссылочной позицией 21.

После заполнения резервуара 4, что можно контролировать через смотровое окно в боковой стенке резервуара 4 (не показано на Фиг. 1) или автоматически по сигналу с датчика 9 уровня (условие 22), управляющее средство 19 останавливает масляный насос 8 и перекрывает управляемый клапан 5 (действие 23). Затем, при наличии нагревателя 16, он включается по сигналу с управляющего средства (не показано на Фиг. 2) и нагревает изоляционную жидкость до достижения установленного порога по сигналу с датчика 17 температуры. При этом будет увеличиваться давление из-за расширения изоляционной жидкости, так что её избыток выходит через открытый отсечной клапан 7.

После установления постоянной температуры (или через заранее заданное время, определённое в предыдущих испытаниях) управляющее средство 19 включает масляный насос 8, и часть изоляционной жидкости выкачивается из резервуара 4 в маслонаполненное оборудование 1 (действие 24) до достижения установленного порога в датчике 11 давления в газосборной полости 10 (условие 25). Этот порог устанавливается из условий, ограничивающих область отрицательных давлений, т.е. до величины упругости насыщенных паров изоляционной жидкости. Например, в случае трансформаторного масла при температуре 60°С рекомендуемое значение этого показателя не более 5,3 Па (0,04 мм.рт. ст.) (см. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. - М.: Энергоатомиздат, 1983). Вместо масляного насоса 8 создавать вакуум можно, оттягивая поршень, встроенный в резервуар 4 (не показан на Фиг. 1), или любым иным способом.

После этого по сигналам с управляющего средства 19 закрывается отсечной клапан 7 и включается перемешивающее средство 13 (например, привод 14 магнитной мешалки), чтобы интенсифицировать выделение газов из оставшейся в резервуаре 4 изоляционной жидкости в сформированную газосборную полость 10 (действие 26). Из-за выделяющихся из изоляционной жидкости газов давление в газосборной полости 10 резервуара 4 будет увеличиваться (снижается вакуум). Датчик 11 давления измеряет величину этого давления в газосборной полости 10, подавая соответствующий сигнал в управляющее средство 19 (действие 27), которое по поступающим значениям давления вычисляет скорость выделения газов из изоляционной жидкости.

Когда вычисленная скорость выделения газов достигает заданного значения (условие 28), управляющее средство 19 сигнализирует о готовности к перекачке выделившихся газов в измерительное средство 6 (действие 29). К примеру, перекачивание выделившихся газов в измерительное средство 6 может выполняться путём заполнения резервуара 4 изоляционной жидкостью. Для этого по сигналу с соответствующего выхода управляющего средства 19 управляемый клапан 5 открывает канал из резервуара 4 в измерительное средство 6, и выделившиеся газы поступают в измерительное средство 6. После выравнивания давлений в газосборной полости 10 и в измерительном средстве 6, что определяется в управляющем средстве 19 по сигналам с датчиков 11 и 12 давления, по сигналам с соответствующих выходов управляющего средства 19 открывается отсечной клапан 7 и масляный насос 8 включается в реверсивный режим, перекачивая изоляционную жидкость из маслонаполненного оборудования в резервуар 4. Заполняя резервуар 4, изоляционная жидкость выталкивает выделившиеся газы из газосборной полости 10 в измерительное средство 6. После заполнения резервуара 4 по сигналу с датчика 9 уровня управляющее средство 19 включает масляный насос 8 в прямом режиме, а управляемый клапан 5 открывает канал 2 из маслонаполненного оборудования 1 в резервуар 4.

Для некоторых измерительных средств необходимо применение газа-носителя. В этом случае после остановки прокачки изоляционной жидкости (действие 23) управляемый клапан 5 по сигналу с управляющего средства 19 соединяет источник 18 газа-носителя с измерительным средством 6. Затем по достижении заданной скорости выделения газов (условие 28) управляемый клапан 5 по сигналу с управляющего средства 19 открывает канал из резервуара 4 в измерительное средство 6, и выделившиеся газы перемешиваются с газом-носителем из кюветы измерительного средства 6. После выравнивания давлений в газосборной полости 10 и в измерительном средстве 6 выполняются описанные выше операции.

Специалистам понятно, что перекачивание газов (в том числе и при использовании газа-носителя) может осуществляться и иными средствами. Например, вместо реверсивного включения масляного насоса 8 управляющее средство 19 может выдать сигнал на привод поршня (не показано), поднимающего изоляционную жидкость в резервуаре 4 для вытеснения выделившихся газов и измерительное средство 6. Поршень может приводиться в движение и вручную при визуальном контроле уровня заполнения резервуара 4 изоляционной жидкостью. Перекачивание газов в измерительное средство 6 не входит в объём притязаний по настоящему изобретению.

Группа изобретений относится к способу извлечения газов из изоляционной жидкости, к устройству для извлечения газов из изоляционной жидкости и к машиночитаемому носителю с программой, позволяющей реализовать указанный способ. Способ извлечения газов из изоляционной жидкости, находящейся в маслонаполненном оборудовании, включает стадию полного заполнения резервуара изоляционной жидкостью путём её прокачки из маслонаполненного оборудования. Далее по завершении прокачки и заполнении резервуара откачивают часть изоляционной жидкости из резервуара для формирования в нём газосборной полости. Затем интенсифицируют выделение газов из оставшейся изоляционной жидкости в сформированную газосборную полость и при достижении заданной величины скорости выделения газов в газосборной полости сигнализируют о готовности к перекачиванию выделенных газов в измерительное средство. Способ реализуется в устройстве для извлечения газов из изоляционной жидкости, которое содержит: резервуар, состыкованный маслопроводами с маслонаполненным оборудованием и снабжённый в газосборной полости датчиком давления газов. Устройство содержит масляный насос в маслопроводе; управляемый клапан на выходе маслопровода в резервуар, соединённый своим первым выходом с входом в резервуар. Второй выход управляемого клапана выполнен с возможностью подключения к измерительному средству, предназначенному для измерения концентрации выделенных газов. Также содержит отсечной клапан, соединяющий выход из резервуара с маслопроводом; перемешивающее средство и управляющее средство, выполненное с возможностью воспринимать сигналы от датчика давления газов и от аналогичного датчика в измерительном средстве и управлять работой управляемого клапана, отсечного клапана, масляного насоса и перемешивающего средства. Также заявлен машиночитаемый носитель для непосредственного использования в управляющем средстве устройства с записанной на нём программой, которая при её исполнении обеспечивает выполнение действий способа. Группа изобретений направлена на извлечение газов из изоляционной жидкости. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ извлечения газов из изоляционной жидкости, находящейся в маслонаполненном оборудовании, в котором:

– полностью заполняют резервуар изоляционной жидкостью путём её прокачки из маслонаполненного оборудования;

– по завершении прокачки и заполнении резервуара откачивают часть изоляционной жидкости из резервуара для формирования в нём газосборной полости;

– интенсифицируют выделение газов из оставшейся изоляционной жидкости в сформированную газосборную полость;

– при достижении заданной величины скорости выделения газов в газосборной полости сигнализируют о готовности к перекачиванию выделенных газов в измерительное средство.

2. Способ по п. 1, в котором по заполнении резервуара нагревают изоляционную жидкость до заданной температуры.

3. Способ по п. 1, в котором перед перекачиванием выделенных газов в измерительное средство добавляют к ним газ-носитель.

4. Способ по п. 1 или 3, в котором перекачивание в измерительное средство осуществляют путём заполнения резервуара изоляционной жидкостью.

5. Устройство для извлечения газов из изоляционной жидкости, находящейся в маслонаполненном оборудовании, содержащее:

– резервуар заданного объёма, состыкованный маслопроводом с маслонаполненным оборудованием для формирования замкнутой петли и снабжённый в газосборной полости датчиком давления газов;

– масляный насос, установленный в маслопроводе для обеспечения циркуляции изоляционной жидкости через резервуар;

– управляемый клапан, установленный на выходе маслопровода в резервуар и соединённый своим первым выходом с входом в резервуар, причём второй выход управляемого клапана выполнен с возможностью подключения к измерительному средству, предназначенному для измерения концентрации выделенных газов;

– отсечной клапан, соединяющий выход из резервуара с маслопроводом;

– перемешивающее средство, предназначенное для интенсификации перемешивания изоляционной жидкости в резервуаре;

– управляющее средство, выполненное с возможностью воспринимать сигналы от датчика давления газов и от аналогичного датчика в измерительном средстве и управлять работой управляемого клапана, отсечного клапана, масляного насоса и перемешивающего средства для реализации действий способа по п. 1.

6. Устройство по п. 5, дополнительно содержащее:

– нагреватель, предназначенный для нагрева изоляционной жидкости в резервуаре;

– датчик температуры изоляционной жидкости;

– при этом управляющее средство выполнено с дополнительной возможностью воспринимать сигналы от датчика температуры изоляционной жидкости и управлять работой нагревателя для реализации действий способа по п. 2.

7. Устройство по п. 5, в котором перемешивающее средство выполнено в виде магнитной мешалки, привод которой установлен под днищем резервуара, а якорь размещён внутри этого резервуара.

8. Устройство по п. 5, в котором управляемый клапан снабжён дополнительным входом, предназначенным для подсоединения к источнику газа-носителя, при этом управляющее средство выполнено с дополнительной возможностью реализации действий способа по п. 3.

9. Устройство по п. 5, в котором управляющее средство выполнено с дополнительной возможностью реализации действий способа по п. 4.

10. Машиночитаемый носитель для непосредственного использования в управляющем средстве устройства по п. 5 с записанной на нём программой, которая при её исполнении обеспечивает выполнение действий способа по любому из пп. 1-4.